無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土框架的火災(zāi)反應(yīng)及抗火性能研究

通過高溫混凝土試件和預(yù)應(yīng)力束試件在火災(zāi)高溫下的試驗(yàn)，研究了其力學(xué)性能和熱工性能，建立了高強(qiáng)混凝土在火災(zāi)高溫下的抗壓強(qiáng)度、應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系、彈性模量的計(jì)算模型，以及熱膨脹和高溫瞬時(shí)徐變的計(jì)算模型，以及熱膨脹和高溫瞬時(shí)徐變的計(jì)算模型，建立了預(yù)應(yīng)力束在火災(zāi)高溫下的屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、彈性模量等的計(jì)算模型。通過無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土框架的火災(zāi)試驗(yàn)研究，了解了其火災(zāi)反應(yīng)及預(yù)應(yīng)力特性對(duì)結(jié)構(gòu)抗火性能的影響，積累了大量火災(zāi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。此外，根據(jù)非線性溫度場(chǎng)計(jì)算理論，建立了混凝土結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分析的理論模型。并對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土框架在火災(zāi)后的工作性能進(jìn)行了評(píng)估與鑒定研究，提出了混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的評(píng)估與鑒定方法，為火災(zāi)后預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的鑒定與加固修復(fù)提供理論依據(jù)。 2100433B

火災(zāi)高溫可使鋼筋混凝土構(gòu)件的抗剪性能降低、甚至出現(xiàn)剪切破壞。位于地震區(qū)的火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)若未經(jīng)加固處理就繼續(xù)使用，可能埋下抗震防災(zāi)的巨大隱患。另外，結(jié)構(gòu)中構(gòu)件在火災(zāi)全過程中的相互約束也可能會(huì)對(duì)火災(zāi)后構(gòu)件的抗剪性能產(chǎn)生一定的影響。然而，目前有關(guān)火災(zāi)后鋼筋混凝土構(gòu)件的抗剪性能及高溫下構(gòu)件端部約束對(duì)其影響方面的研究工作較少。為此，本項(xiàng)目從試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值計(jì)算三方面對(duì)上述問題進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果：(1) 進(jìn)行了火災(zāi)后鋼筋混凝土短柱抗震性能的試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算，建議了四周受火后鋼筋混凝土柱抗剪承載力的實(shí)用計(jì)算公式。研究表明，火災(zāi)后短柱的抗剪承載力先隨軸壓比的增大而增大，但當(dāng)軸壓比增大至界限軸壓比后反將降低?；馂?zāi)后的界限軸壓比較未受火時(shí)有減小趨勢(shì)。(2) 進(jìn)行火災(zāi)后鋼筋混凝土梁剩余承載性能的試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算，建議了三面受火后鋼筋混凝土梁抗剪承載力的實(shí)用計(jì)算公式。研究表明，樓板翼緣對(duì)梁的抗彎承載力具有一定的提高作用，但對(duì)抗剪承載力影響不大。(3) 進(jìn)行了火災(zāi)后混凝土短肢剪力墻抗震性能的試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算，建議了四周受火后混凝土短肢剪力墻抗剪承載力的計(jì)算公式。研究表明，暗柱和X形暗支撐可提高火災(zāi)后短肢剪力墻的剛度和耗能能力，受火前后短肢剪力墻的滯回規(guī)則明顯不同。(4) 進(jìn)行了高溫下持荷、端部約束對(duì)火災(zāi)后短柱抗震性能影響的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，高溫下持荷可使火災(zāi)后短柱的抗剪承載力較未持荷時(shí)升高0.5%~2.3%，高溫下帶軸向約束的混凝土短柱火災(zāi)后的抗剪承載力為對(duì)應(yīng)的高溫下無約束時(shí)的89.9%~100.4%。(5) 進(jìn)行了外包碳纖維布加固火災(zāi)后混凝土短柱的抗震性能、混凝土梁的抗剪性能的試驗(yàn)研究。研究表明采用CFRP加固能將火災(zāi)后短柱、梁的抗剪承載力分別恢復(fù)至未受火試件的11.2%~17.1%、5.3%~34.3%，且考慮樓板翼緣的影響，采用“U形包裹 壓條”方式加固混凝土梁可取得較好的加固效果。(6) 利用有限元方法分析了截面含鋼率對(duì)溫度場(chǎng)分布的影響規(guī)律，建立了火災(zāi)后鋼筋混凝土柱剩余壓彎承載力的數(shù)值分析方法和實(shí)用計(jì)算公式?；赑ark損傷評(píng)價(jià)模型建議了一種能反映火災(zāi)高溫對(duì)短柱、短肢剪力墻抗震性能損傷加大程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。上述研究成果可為火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損傷評(píng)定、抗剪加固奠定基礎(chǔ)，為相關(guān)規(guī)范的編制提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的理論意義和明確的應(yīng)用前景。 2100433B

研究不同受火時(shí)間后約束鋼筋混凝土梁、柱構(gòu)件的抗剪性能，揭示受火時(shí)間、構(gòu)件端部約束、荷載比等因素對(duì)全過程火災(zāi)作用后鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪性能的影響特點(diǎn)。建立火災(zāi)后約束鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪性能的數(shù)值分析模型,并開發(fā)相應(yīng)的全過程分析程序。分析總結(jié)高溫下相鄰構(gòu)件之間的相互作用對(duì)高溫后鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪性能的影響規(guī)律，建立火災(zāi)后約束鋼筋混凝土梁、柱構(gòu)件殘余抗剪承載力的實(shí)用計(jì)算方法。在考慮高溫下內(nèi)力重分布過程對(duì)構(gòu)件損傷作用的情況下，研究并提出火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力(含軸力、彎矩和剪力)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。針對(duì)高溫下結(jié)構(gòu)中構(gòu)件受到相鄰構(gòu)件的約束會(huì)影響其高溫后力學(xué)性能的特點(diǎn)，本項(xiàng)目可以填補(bǔ)火災(zāi)后約束鋼筋混凝土構(gòu)件抗剪性能研究的空白，為火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷評(píng)定、抗剪加固奠定基礎(chǔ)，為相關(guān)規(guī)范的編制提供科學(xué)依據(jù)，因而具有重要的理論意義和明確的應(yīng)用前景。

結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下行為反應(yīng)本質(zhì)是溫度升高、能量轉(zhuǎn)移引起局部破壞與內(nèi)力重分布，并因此擴(kuò)散蔓延最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)主體破壞。不銹鋼是一種新型土木工程材料，鑒于其結(jié)構(gòu)抗火性能較為薄弱，本項(xiàng)目立足于工程結(jié)構(gòu)抗火研究的前沿與熱點(diǎn)問題，以不銹鋼結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)其抗火性能開展基礎(chǔ)性和前瞻性的研究。通過試驗(yàn)方法和數(shù)值分析，研究不銹鋼材料力學(xué)性能隨溫度變化規(guī)律，構(gòu)建高溫下/高溫后不銹鋼材料精細(xì)化力學(xué)性能統(tǒng)一模型；開展不銹鋼梁/柱火災(zāi)試驗(yàn)，模擬構(gòu)件火災(zāi)全過程，揭示其火災(zāi)下行為反應(yīng)與破壞機(jī)理，根據(jù)位移/能量原則提出火災(zāi)下構(gòu)件失效判別準(zhǔn)則；剖析不銹鋼梁/柱抗火性能的多種影響因素及相關(guān)性，采用直接強(qiáng)度法，建立面向火災(zāi)全過程的不銹鋼梁/柱多參數(shù)化抗火計(jì)算模型；研究火災(zāi)下不銹鋼結(jié)構(gòu)破壞模式控制措施和安全評(píng)價(jià)方法，集成不銹鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)理論。研究成果對(duì)于揭示不銹鋼結(jié)構(gòu)抗火性能和制定相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)具有十分重要的社會(huì)價(jià)值和理論價(jià)值。